Tekil foton kaynaklarıyla eşleştirilen kuantum hafızalar, geleceğin kuantum ağ teknolojisinde önemli bir köşe taşını oluşturacak. Basel Üniversitesi’nden fizikçiler de bu alanda kayda değer  bir adım attı. Araştırmacılar, elektromanyetiksel olarak uyarılmış saydamlığı temel alan, isteğe göre depolama ve geri erişime olanak sağlayan bu tarz bir hafızayı, sıcak Rubidyum buharı içerisinde tanımladı.

Kuantum parçacıkları olan fotonlar ışık hızında hareket edebildikleri için hızlı veri transferi için elverişlidir. Sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bu çalışmada araştırmacılar, bu kuantum parçacıkları atomik buhar içerisinde saklamayı ve daha sonrasında da kuantum mekaniksel özelliklerini çok fazla etkilemeden tekrar okumayı başardı. Basit ve hızlı olan bu hafıza teknolojisi, geleceğin kuantum internetinde kendine uygulama alanı bulabilir.

Bugün bile, iletişim ağlarında hızlı veri transferi kısa ışık atımlarını kullanıyor. Ultra geniş bant teknolojisi, bilginin ışık hızında iletilebildiği fiber optik bağlantıları kullanıyor. Alıcı tarafında, iletilen bilginin o kadar çabuk ve hatasız depolanması gerekiyor ki böylece daha sonra bilgisayarlar üzerinde elektronik olarak işlenebilsin. İletim hatalarından kaçınabilmek için de, her biri yüzlerce foton içeren her bilgi biti nispeten güçlü ışık atımları şeklinde kodlanıyor.

Birkaç yıldır, dünya genelindeki araştırmacılar, böylesi ağları tek fotonla işletme üzerine çalışıyorlar. Her biti bir foton şeklinde kodlamak sadece çok verimli olmakla kalmıyor, aynı zamanda kuantum fiziğinin yasalarına dayanan tamamıyla yeni bir bilgi işleme yöntemine de olanak sağlıyor. Bu yasalar, bir fotonun, sadece klasik bite ait 0 veya 1 durumlarıyla kodlanmasına izin vermiyor, ayrıca her iki durumun aynı anda üst üste binmiş olarak (süperpoze olarak) kodlanmasına da olanak sağlıyor. Bu tür kuantum bitleri, gelecekte koşulsuz güvenli iletişimi ve üstün derecede hızlı kuantum bilgisayarlarını mümkün kılabilecek kuantum bilgi işlemenin temelidir. Tekil fotonları kuantum belleğinde depolamak ve bellekten geri okumak, üzerinde yoğun şekilde çalışılan bu teknolojiler için anahtar element durumunda.

Basel Üniversitesi’nden profesörler Philipp Treutlein ve Richard Warburton’ın önderlik ettiği, fizikçilerden oluşan bir ekip, fotonları rubidyum atomlarından oluşan bir gaz içerisinde depolayan, özellikle basit ve hızlı bir kuantum belleğini geliştirmeyi başardı. Araştırmacılar geliştirdiği bellekte, depolama ve okuma süreci bir lazer ile kontrol ediliyor. Kullanılan teknoloji soğutma birimleri veya karmaşık vakum ekipmanları gerektirmiyor ve yüksek derecede sıkıştırılmış bir düzenek içerisinde gerçekleştirilebiliyor. Araştırmacılar ayrıca, belleğin fazlasıyla düşük bir gürültü seviyesine sahip olduğunu ve tekil fotonlar için uygun olduğunu da doğrulayabildiler.

Çalışmanın başyazarı Janik Wolters; “Basit bir kurulum, yüksek bant genişliği ve düşük gürültü seviyesi, kuantum ağlarındaki gelecek uygulamalar için fazlasıyla umut verici” yorumunda bulunuyor. Böylesi kuantum ağlarının geliştirilmesi, Ulusal Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Yeterlilik Merkezi (NCCR QSIT)’nin ve çalışmaya maddi destek sağlayan Avrupa Birliği Araştırma ve Yenilik Programı Çerçevesi’nin amaçlarından birini oluşturuyor. Gelecekte kuantum ağları, koşulsuz güvenli iletişime, farklı kuantum bilgisayarlarının ağ kurmasına ve karmaşık fiziksel, kimyasal ve biyolojik sistemlerin simülasyonuna öncülük edebilir.

---

Kaynak: High-speed quantum memory for photons
< https://phys.org/news/2017-09-high-speed-quantum-memory-photons.html >

Referans: Simple Atomic Quantum Memory Suitable for Semiconductor Quantum Dot Single Photons
< https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.060502 > DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.060502

---